(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の第１主面に半導体素子の表面構造を形成し、前記半導体基板の裏側の第２主面を研削加工し、前記半導体基板の厚さを所定厚さに加工する工程と、
所定厚さの前記半導体基板の第２主面にイオン注入層を形成する工程と、
前記イオン注入層をレーザーアニールで活性化する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記イオン注入層の活性化を所定の繰り返し周波数で所定のパルス幅のレーザー光が出射される複数のレーザー照射装置を用いて行い、１台目のレーザー照射装置から出射される第１のレーザー光パルスの終端で、２台目のレーザー照射装置から第２のレーザー光パルスが出射され、該第２のレーザー光パルスの終端で、３台目のレーザー照射装置から第３のレーザー光パルスが出射され、これをｎ回繰り返した後、ｎ台目のレーザー照射装置から出射される第ｎのレーザー光パルスの終端で、前記１台目のレーザー照射装置から再度第１のレーザー光パルスが出射されることを繰り返すことでＣＷレーザー光に類似の波形のレーザー光を形成し、該レーザー光を前記イオン注入層に照射して該イオン注入層を活性化する際に、前記所定の繰り返し周波数が２ｋＨｚ〜５００ｋＨｚであり、前記の所定のパルス幅が１μｓ〜５０μｓであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー光パルスの１パルス当たりのエネルギー密度が、０．１Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記のレーザー照射時に、前記半導体基板を冷却することを特徴とする請求項１〜２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記のレーザー照射時に、前記第１主面を静電チャックで吸着、もしくは冷却をすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入層がｐ型不純物層が導入されたｐ型不純物層とｎ型不純物層が導入されたｎ型不純物層とが連続して形成されたｐｎ連続層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記の繰り返し周波数で決まる第１の期間のｎ（ｎ≧１の整数）倍の期間は前記の複数のレーザー光パルスが前記イオン注入層に順次照射され、該第１の期間が経過した後、所定の第２の期間は前記の複数のレーザー光パルスの照射が停止し、該第２の期間が経過した後、前記の複数のレーザー光パルスの順次照射が前記第１の期間のｎ倍の期間で行われるという動作が順次繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＣ（集積回路）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）およびＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路と構成するように結びつけて、１チップ上に集積して形成した集積回路（ＩＣ）が多用されている。このようなＩＣの中で、電力用半導体素子を含むものはパワーＩＣと呼ばれている。
【０００３】
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、ＭＯＳＦＥＴの高速スイッチング、電圧駆動特性とバイポーラトランジスタの低オン電圧特性をワンチップに構成したパワー素子である。ＩＧＢＴは、汎用インバータ、ＡＣサーボや無停電電源（ＵＰＳ）、スイッチング電源などの産業分野をはじめ、電子レンジ、炊飯器、ストロボなどの民生機器分野への応用が拡大してきている。
【０００４】
さらに次世代への開発も進んでおり、新しいチップ構造を用いた、より低オン電圧のものが開発され、応用装置の低損失化や高効率化が図られてきている。
ＩＧＢＴの構造には、パンチスルー（ＰＴ）型、ノンパンチスルー（ＮＰＴ）型、そしてフィールドストップ（ＦＳ）型等がある。そして、現在量産されているＩＧＢＴは、一部のオーディオ・パワー・アンプ用のｐチャネル型を除いて、ほぼすべて、ｎチャネル型の縦型二重拡散構造となっている。ここでもｎチャネル型ＩＧＢＴで説明する。
【０００５】
ＰＴ型は、ｐ＋エピタキシャル基板とｎ−層（ｎ型活性層）の間にｎ＋層（ｎバッファ層）を設け、ｎ型活性層中の空乏層がｎバッファ層に到達する構造であり、ＩＧＢＴで主流の基本構造である。例えば、耐圧６００Ｖ系に対しては、活性層は厚さ７０μｍ程度で十分であるが、ｐ＋基板部を含むと総厚さは２００μｍ〜３００μｍになる。そこで、エピタキシャル基板を用いずに、ＦＺ（Ｆｌｏｗｔｉｎｇ・Ｚｏｎｅ）基板を用いて、チップの低コスト化を図った低ドーズ量の浅いｐ＋コレクタ層を採用したＮＰＴ型ＩＧＢＴおよびフィールドストップ層を有するＦＳ型ＩＧＢＴが開発されてきている。
【０００６】
図１３は、ＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造である。ＮＰＴ型は、ｐ＋基板を使わないので、基板５１の総厚さはエピタキシャル基板を用いるＰＴ型よりも大幅に薄くなる。この構造では、正孔の注入率を制御できるので、ライフタイム制御を行わなくても高速スイッチングが可能であるが、オン電圧はｎ型活性層５１ａの厚みと比抵抗に依存するのでやや高い値である。但し、前述のようにｐ＋エピタキシャル基板を用いずに、ＦＺ基板５１を用いているため、チップの低コスト化が可能である。尚、図中の５２はｐ型ベース層、５３はｎ型エミッタ層、５４はゲート酸化膜、５５はゲート電極、５６は層間絶縁膜、５７は表面電極（エミッタ電極）、６２はｐ型エミッタ層、６３は裏面電極（コレクタ電極）である。
【０００７】
図１４は、ＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造である。基本構造は、ＰＴ型ＩＧＢＴと同じであるが、やはりｐ＋エピタキシャル基板は用いずに、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）基板５１を用いて基板５１の総厚さを１００μｍ〜２００μｍとしている。ＰＴ型と同じくｎ型活性層５１ａは６００Ｖ耐圧に応じて７０μｍ程度にしてあり、空乏化させる。そのため、ｎ型活性層５１ａ下にはｎ層（ｎフィールドストップ層であるＦＳ層６１）を設ける。コレクタ側は、浅いｐ＋拡散層を低注入コレクタ（ｐ型コレクタ層６２）として用いる。これにより、ＮＰＴ型の場合と同様にライフタイム制御は不要である。さらにオン電圧の低減を目的として、チップ表面に狭く深い溝を形成し、その側面にＭＯＳＦＥＴを形成した図示しないトレンチＩＧＢＴの構造をこのＦＳ型ＩＧＢＴと組み合わせた構造のものもある。また、設計の最適化を図る等により最近は、総厚さの低減が進んできている。
【０００８】
また、近年になって直流を介さずに直接交流−交流変換を行うマトリクスコンバータが脚光を浴びている。従来型インバータと違いコンデンサが不要であり、電源高調波が削減されるというメリットがある。しかし、入力が交流であるため、半導体スイッチには逆方向耐圧が要求される。従来型ＩＧＢＴを用いた場合は、逆阻止用のダイオードを直列に接続する必要があった。図１５に示すように、逆阻止ＩＧＢＴは、従来型ＩＧＢＴの基本性能を踏襲しつつ、逆耐圧を有するＩＧＢＴである。分離層を形成する以外の基本構成はＮＰＴ型ＩＧＢＴと同じである。逆阻止ＩＧＢＴには直列ダイオードが不要であるために導通損失を半減でき、マトリクスコンバータの変換効率向上に大きく寄与する。１００μｍ以上の深い接合の形成技術（ｐ型分離層６４の形成）と、１００μｍ以下の厚さの極薄ウェハ生産技術を組み合わせて、高性能の逆阻止ＩＧＢＴの製造が可能になった。尚、図中の７０はパッシベーション膜である。
【０００９】
しかし、これらの７０μｍ程度の薄型ＩＧＢＴを実現するために、裏面バックグラインドや裏面からのイオン注入、裏面熱処理等が必要になるため反りの問題が発生するなど製造プロセスの技術的課題も多い。以下、ＦＳ型ＩＧＢＴを例にその製造方法を説明する。
【００１０】
図１６〜図２０は、従来の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。半導体装置としてはＦＳ型ＩＧＢＴを例に挙げた。
（１）ＦＺ−Ｎ基板５１の表面側にゲート酸化膜５４（ここでは、ＳｉＯ２）と多結晶シリコン（ここでは、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるゲート電極５を堆積、加工、その表面に層間絶縁膜６（ここでは、ＢＰＳＧ）を堆積し、加工し、絶縁ゲート構造が作られる。
（２）ＦＺ−Ｎ基板５１にｐベース層５２（ｐ＋）を形成、その後にこのｐベース層５２内にｎ型エミッタ層５３を形成する。
（３）ｎ型エミッタ層５３に接するようにアルミ・シリコン膜からなる表面電極５７（エミッタ電極）を形成する。アルミ・シリコン膜は、安定した接合性、低抵抗配線を実現するために、その後、４００〜５００℃程度の低温で熱処理される。さらに、図示しないが、表面を覆うようにポリイミド膜からなる絶縁保護膜を形成する（図１６）。
［ここまで、表面側のプロセスが完了］
（４）裏面５８側より、所望の厚さまでＦＺ−Ｎ基板５１をバックグラインドやエッチング等の研削を用いて薄ウェハ化する（図１７）。
（５）次に、ｎ層（フィールドストップ（ＦＳ）層６１）を形成するため、および高濃度ｐ型コレクタ層６２（ｐ＋層）を形成するために、裏面５８よりイオン注入を行いイオン注入層５９，６０をそれぞれ形成する。本例では、ｎ層となるイオン注入層５９はリン、ｐ層となるイオン注入層６０はボロンを注入した。また、裏面５８に裏面電極６３（コレクタ電極）とのオーミックを取るためにボロンのイオン注入後に表面コンタクト層としてＢＦ２（ｐ層）を注入して高濃度にする場合もある（図１８）。
（６）図示しない電気炉により熱処理（アニール）を行う。熱処理温度は、３５０℃〜５００℃の低温である（図１９）。
（７）その後、高濃度のｐ型コレクタ層６２（ｐ＋層）上に、アルミニウム層、チタン層、ニッケル層、金層などの金属膜の組合せで裏面電極６３を形成する（図２０）。
（８）図示しないが、チップ状にダイシングした後、表面電極５７の表面には、アルミワイヤが超音波ワイヤーボンディング装置により固着され、もう一方の裏面電極６３は、はんだ層を介して固定部材に接続されてＦＳ型ＩＧＢＴが完成する。
【００１１】
（６）のアニール工程で、イオン注入層の活性化に表面層のみを昇温できるレーザーアニールを用いる方法がある。
特許文献１では、ｎ層の活性化のために、ＹＡＧ３ω、ＹＡＧ２ωレーザーを使用することが記載されている。
【００１２】
また、特許文献２では、２台のレーザーを用いてイオン注入層の活性化を図ることが示されている。
また、特許文献３では、パルスレーザーを照射する２台のレーザー照射装置を用いて幅広パルスを形成して、不純物層を活性化させることが記載されている。
【００１３】
また、特許文献４では、ＦＳ型ＩＧＢＴの裏面濃度の活性化率について記載されている。
また、特許文献５では、異なる波長のレーザーパルスを出射する第１および第２光源と、入射領域が少なくとも一部において重なるように加工対象物に入射させる光学系とを有するレーザー照射装置が記載されている。
【００１４】
また、特許文献６では、２台のレーザー発信器（照射装置）を使用して、先パルスの照射に続いて所定の遅延時間後に後パルスの照射して幅広パルスでレーザー照射することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−５９８５６号公報
【特許文献２】特許第４０４３８６５号公報
【特許文献３】特開２００５−２２３３０１号公報
【特許文献４】特許第４０８８０１１号公報
【特許文献５】特開２００８−２７０２４３号公報
【特許文献６】特開２００９−３２８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記で説明した従来例においての問題点について説明する。
１）ＦＳ型ＩＧＢＴのＦＳ層６１（ｎ層）まで確実に活性化させようとした場合に、電気炉による低温（３５０℃〜５００℃）の熱処理では高活性化を図ることができない。
２）前記のような方法でパルス幅を長くしたり、繰り返し周波数を高くしても、レーザー光の照射が途絶える期間があると、その期間で発熱部の温度が低下することになる。そうすると、図２１に示すように、表面から２μｍ程度と深いＦＳ層６１（ｎ層）への熱の伝わりが不十分となり、濃度プロファイルの安定化、およびＦＳ層の欠陥回復が不十分となり活性化も十分図れなくなる。
３）裏面８側からだけからレーザー照射をしようとすると表面側のデバイス形成面の温度が上昇してしまい表面電極５７が溶けてしまう等、表面側への影響が生じてくる。
４）通常のＣＷ（連続波）レーザーでは、通常のパルスレーザーよりも出力が極めて小さく活性化が不十分になる。一方、短パルスのレーザーでは、高エネルギー密度の出力は得られるが、図２１に示すように、裏面５８より深いイオン注入層５９（ＦＳ層６１になる層）の活性化が不十分になり、また結晶欠陥が十分には回復しないという問題が発生する。
５）また、高エネルギー密度のレーザー照射すると、表面のプロフィルがボックスプロファイルになり拡散層（ｐ型コレクタ層６２およびＦＳ層６１）の深さにばらつきが生じる。
６）また、前記の特許文献２，５，６では、２つのレーザー光パルスを幅広のパルスにし、その幅広パルスを照射してアニールすることが記載されているが、複数のレーザー光パルスを用いて、ＣＷレーザーに類似の直流波形を形成し、そのレーザー光を照射してイオン注入層をアニールする半導体装置の製造方法については記載されていない。
【００１７】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、深いイオン注入層（ＦＳ層）を十分に活性化し、イオン注入で生じた結晶欠陥を十分に回復させることができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、半導体基板の第１主面に半導体素子の表面構造を形成し、前記半導体基板の裏側の第２主面を研削加工し、前記半導体基板の厚さを所定厚さに加工する工程と、所定厚さの前記半導体基板の第２主面にイオン注入層を形成する工程と、前記イオン注入層をレーザーアニールで活性化する工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記イオン注入層の活性化を所定の繰り返し周波数で所定のパルス幅のレーザー光が出射される複数のレーザー照射装置を用いて行い、１台目のレーザー照射装置から出射される第１のレーザー光パルスの終端で、２台目のレーザー照射装置から第２のレーザー光パルスが出射され、該第２のレーザー光パルスの終端で、３台目のレーザー照射装置から第３のレーザー光パルスが出射され、これをｎ回繰り返した後、ｎ台目のレーザー照射装置から出射される第ｎのレーザー光パルスの終端で、前記１台目のレーザー照射装置から再度第１のレーザー光パルスが出射されることを繰り返すことでＣＷレーザー光に類似の波形のレーザー光を形成し、該レーザー光を前記イオン注入層に照射して該イオン注入層を活性化する際に、前記所定の繰り返し周波数が２ｋＨｚ〜５００ｋＨｚであり、前記の所定のパルス幅が１μｓ〜５０μｓである半導体装置の製造方法とする。
【００２１】
また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記レーザー光パルスの１パルス当たりのエネルギー密度が、０．１Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２であるとよい。
【００２２】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、請求項１〜２のいずれか一項に記載の発明において、前記のレーザー照射時に、前記半導体基板を冷却するとよい。
また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記のレーザー照射時に、前記第１主面を静電チャックで吸着、
もしくは冷却をするとよい。
【００２３】
また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記イオン注入層がｐ型不純物層が導入されたｐ型不純物層とｎ型不純物層が導入されたｎ型不純物層とが連続して形成されたｐｎ連続層であるとよい。
【００２４】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記の繰り返し周波数で決まる第１の期間のｎ（ｎ≧１の整数）倍の期間は前記の複数のレーザー光パルスが前記イオン注入層に順次照射され、該第１の期間が経過した後、所定の第２の期間は前記の複数のレーザー光パルスの照射が停止し、該第２の期間が経過した後、前記の複数のレーザー光パルスの順次照射が前記第１の期間のｎ倍の期間で行われるという動作が順次繰り返されるとよい。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、複数のレーザー光パルスを連ねてレーザー光の直流化を図ることで、安定した欠陥の少ない２μｍ程度の深いイオン注入層の活性化を図ることができる。これは、特に、ＦＳ層の形成には有効である。
【００２６】
その結果、活性化率の高い良好な特性を有する半導体装置を得ることができる。
また、本発明のレーザーアニール方法を用いることで、ウェハを割らずに良好な電気的特性を有する半導体装置を製造することができる。
【００２７】
また、直流化されたレーザー光のエネルギー密度が高過ぎる場合には、レーザー光照射の休止期間を設けるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図２】図１に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図３】図２に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図４】図３に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図５】図４に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図６】レーザー光パルスのタイムチャート図である。
【図７】レーザーアニールを説明する図である。
【図８】静電チャックに基板を固定してレーザーアニールする図である。
【図９】水冷フィンに基板を固定してレーザーアニールする図である。
【図１０】ＳＲ（拡がり抵抗法）による濃度プロファイル示した図である。
【図１１】直流化されたレーザー光のエネルギー密度が大きい場合の対策を示す図である。
【図１２】この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】ＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造である。
【図１４】ＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造である。
【図１５】逆阻止ＩＧＢＴの断面図である。
【図１６】従来の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１７】図１６に続く、従来例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１８】図１７に続く、従来例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１９】図１８に続く、従来例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図２０】図１９に続く、従来例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図２１】従来の半導体装置の裏面側の拡散プロファイル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１〜図５は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に説明した要部製造工程断面図である。本例では、ＦＳ型ＩＧＢＴの例で説明する。
（１）ＦＺ−Ｎ基板１の表面側にゲート酸化膜４（ここでは、ＳｉＯ２）と多結晶シリコン（ここでは、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるゲート電極５を堆積、加工、その表面に層間絶縁膜６（ここでは、ＢＰＳＧ）を堆積し、加工し、絶縁ゲート構造が作られる。
（２）ＦＺ−Ｎ基板１にｐベース層２（ｐ＋）を形成、その後にこのｐベース層２内にｎ型エミッタ層３を形成する。
（３）ｎ型エミッタ層３に接するようにアルミ・シリコン膜からなる表面電極７（エミッタ電極）を形成する。アルミ・シリコン膜は、安定した接合性、低抵抗配線を実現するために、その後、４００〜５００℃程度の低温で熱処理される。さらに、図示しないが、表面を覆うようにポリイミド膜からなる絶縁保護膜を形成する（図１）。
［ここまで、表面側のプロセスが完了］
（４）裏面８側より、所望の厚さまでＦＺ−Ｎ基板１をバックグラインドやエッチング等の研削を用いて薄ウェハ化する（図２）。
（５）次に、ＦＳ層１１（ｎ層）を形成するため、および高濃度ｐ型コレクタ層１２（ｐ＋層）を形成するために、裏面８よりイオン注入を行いイオン注入層９，１０をそれぞれ形成する。本実施例では、ｎ層はリン、ｐ層はボロンを注入した。また、裏面８に裏面電極１３とのオーミックを取るためにボロンの後に表面コンタクト層としてＢＦ２（ｐ層）を注入する場合もある（図３）。
（６）基板１を静電チャック２８で吸着した状態（図８）あるいは裏板２９（バッキングプレート）を挟んで水冷フィン３０で冷却した状態（図９）（水冷でなくてもＨｅガスによる冷却等でもよい）で、レーザー光１４を裏面８に照射しレーザーアニールにより熱処理（アニール）を行う。このレーザーアニールする際には図７に示すように裏面８を上にする。また、このレーザーアニールの方法については図６で説明する（図４）。
（７）その後、高濃度のｐ型コレクタ層１２（ｐ＋層）側面に、アルミニウム層、チタン層、ニッケル層、金層などの金属膜の組合せで裏面電極１３を形成する（図５）。
（８）図示しないが、チップ状にダイシングした後、表面電極７の表面には、アルミワイヤが超音波ワイヤーボンディング装置により固着され、もう一方の裏面電極１３は、はんだ層を介して固定部材に接続されてＦＳ型ＩＧＢＴが完成する。
【００３１】
つぎに、（６）の工程のレーザーアニールの方法について説明する。
図６は、レーザー光パルスのタイムチャート図である。図中の１ｓｔパルス〜５ｔｈパルスは第１のレーザー光パルス２１ａ〜第５のレーザー光パルス２５ａを示す。５台のレーザー照射装置２１〜２５を用いてレーザーアニールを行う。各レーザー照射装置２１〜２５から出射するレーザー光パルス２１ａ〜２５ａの繰り返し周波数はそれぞれ１０ｋＨｚ（繰り返し間隔は１００μｓ）であり、パルス幅は２０μｓである。１台目のレーザー照射装置２１から出射する第１のレーザ光パルス２１ａの終端で２台目のレーザー照射装置２２から第２のレーザー光パルス２２ａを出射する。第２のレーザー光パルス２２ａの終端で３台目のレーザー照射装置２３から第３のレーザー光パルス２３ａを出射する。これを繰り返し、５台目のレーザー照射装置２５からの第５のレーザー光パルス２５ａの終端で、前に戻って１台目のレーザー照射装置２１から第１のレーザー光パルス２１ａを出射する。この動作を繰り返すことで、直流のレーザー光１４が得られる。つまり、レーザー光パルス２１ａ〜２５ａを５個繋げると、２０μｓ×５＝１００μｓとなり、繰り返し間隔になり直流のレーザー光１４となる。このレーザー光パルス２１ａ〜２５ａのエネルギー密度は０．８Ｊ／ｃｍ２である。５台のレーザー照射装置２１〜２５のそれぞれの出射時点は図示しない制御装置によってコントロールされる。
【００３２】
１チップ当たりのレーザー照射時間を、例えば、１００μｓとすると、１チップに照射されるエネルギー密度は０．８Ｊ／ｃｍ２×５パルス＝４Ｊ／ｃｍ２であり、十分活性化できるエネルギー密度になる。
【００３３】
直流のレーザー光１４を形成するためには、レーザ光パルス２１ａ〜５ａの繰り返し周波数は、２ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとし、パルス幅が１μｓ〜５０μｓで、１パルス当たりのエネルギー密度が０．１Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２の範囲にするとよい。繰り返し周波数が２ｋＨｚ未満の場合や、パルス幅が１μｓ未満になると、レーザー照射装置２１〜２５の台数が増加し、製造コストが増大する。一方、実用的には、繰り返し周波数が５００ｋＨｚ、パルス幅が５０μｓあればレーザーアニールするためには十分である。また、１パルス当たりのエネルギー密度が０.１Ｊ／ｃｍ２未満では、イオン注入層９，１０が活性化するためのエネルギーに満たなくなる（活性化エネルギー以下となる）。また、５Ｊ／ｃｍ２を超えると表面の拡散プロファイルがボックスプロファイルとなり、拡散深さにばらつきが生じる。また、エネルギー密度が高すぎて、ＦＳ型ＩＧＢＴの表面電極７（アルミニウム電極）が溶融する。
【００３４】
前記の条件でレーザーアニールすることで、基板１には連続的に熱が加えられるので、２μｍ程度の深いイオン注入層９の活性化を充分に行うことができる。
また、ウェハ（基板１）の表面側は、図８に示すように静電チェック２８でウェハを確実に吸着してレーザー照射を行うことで、表面側（表面電極７）には熱の影響が及ばないようになり、ＩＧＢＴの表面側のアルミ電極（表面電極７）が溶融することを防止できる。また、図９に示すようにガイドでしっかりとウェハ（基板１）を吸着して水冷しながら照射しても同様の効果がある。
【００３５】
前記した図８および図９は模式的な図である。５台のレーザー照射装置２１〜２５から図示しないファイバーにレーザー光が入射され、各ファイバーは束ねられて太いファイバーになる。太いファイバーの先端からは連続したレーザー光１４が光学系ミラー２７を経由してウェハ（基板１）へ照射される。このレーザー光１４の照射時間とエネルギーはイオン注入層９，１０を活性化するために必要な値に設定される。
【００３６】
図１０はＳＲ（拡がり抵抗法）による濃度プロファイル示した図である。実施例１、後述の実施例２および従来例の場合について示す。ここでの従来例は、特許文献    −特開２００５−２２３３０１で示した構成方法で、パルス幅が１００ｎｓのパルスレーザー（ＹＡＧ２ωレーザー）を２台使用し、２００ｎｓの幅広パルスを形成し、これを５００ｎｓ間隔で照射する。一台あたり２Ｊ／ｃｍ２で２台使用して合計４Ｊ／ｃｍ２（＝一定）で照射する。オーバーラップ率は９０％で照射した。なお、ｐ層（ボロン層）のイオン注入量は１×１０１５ｃｍ−２，加速電圧は５０ｋｅＶで、ＦＳ層となるｎ層（リン層）のイオン注入量は１×１０１３ｃｍ−２，加速電圧は１ＭｋｅＶで注入した。イオン注入時の傾斜角は７°とした。
【００３７】
従来例では、５００ｎｓの空き時間で温度が低下するため、活性化する深さは１．３μｍ程度までである。図６から分かるように、２μｍの深さのイオン注入層９では活性化が不十分であり、結晶欠陥が回復しておらずリーク電流が発生する。
【００３８】
それに対して、実施例１の場合には、連続的なパルスが照射されることにより図３の深いイオン注入層９（図４のＦＳ層１１になる）にまで充分な熱が到達するために２μｍ程度の深さのイオン注入層９まで活性化することができる。
【００３９】
これにより、深いイオン注入層９に導入されたイオン注入ダメージによる結晶欠陥を回復させることができる。また、レーザー光１４のエネルギー密度が小さいために、ボックスプロファイルになることはなく、また、レーザー照射による加工跡も発生しない。
【００４０】
ここでは、ＦＳ型ＩＧＢＴの裏面８のＦＳ層１１とコレクタ層１２のｐｎ連続層となるイオン注入層９，１０を活性化するのに本発明の方法を適用したが、ＮＰＴ型ＩＧＢＴの裏面のコレクタ層のｐ層やＭＯＳＦＥＴの裏面のドレイン層のｎ層を活性化するのに本発明の方法を適用するすることができる。
【００４１】
また、前記のレーザー光１４のエネルギー密度が大きすぎる場合には、エネルギー密度を下げればよい。しかし、エネルギー密度を下げすぎると直流のレーザー光で活性化は不十分になる。その場合には次のようにする。
【００４２】
図１１は、直流化されたレーザー光のエネルギー密度が大きい場合の対策を示す図である。
前記の繰り返し周波数で決まる期間（１０ｋＨｚの場合は１００μｓの整数倍）だけレーザー光パルスを出射し、その後、所定の休止期間（例えば、０．１秒から数秒など任意の期間）レーザー光パルスの出射を停止し、その後、また、レーザー光パルスの出射を再開するという動作を繰り返してもよい。レーザー光パルスの出射期間が不足する場合には前記の繰り返し周波数で決まる期間を追加するとよい。また停止期間は前記の繰り返し周波数で決まる期間である必要は必ずしもない。また、レーザー光パルスの照射期間は、イオン注入層が十分に活性化するために必要な時間とし、休止期間はレーザー光のスポットが隣接するチップへ移動するのに必要な時間を考慮して決める。
【実施例２】
【００４３】
図１２は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法を説明する図である。この図はレーザー照射のタイムチャート図である。製造工程は実施例１と同じであり、レーザーアニールの方法が異なる。本例でも、ＦＳ−ＩＧＢＴの場合である。
【００４４】
図６との違いは、例えば、レーザー光パルス２１ａとレーザー光パルス２２ａの間に５μｓの間隔を空けた点である。レーザー照射装置２１〜２５としては図８または図９と同じ装置を用い、図示しない制御装置によってレーザー光パルス２１ａ〜２５ａの出射時点を制御するだけでよい。
【００４５】
各レーザー照射装置２１〜２５の照射時間が２０μｓで矩形波で、照射エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ２で、それを１台のレーザー照射装置２１の照射が終ったタイミング（２０μｓ後）で２台目のレーザー照射装置２２での照射を行う。このときの遅延時間は５μｓである。この遅延時間も含めて３台目、４台目と繰り返す。４台目の照射が終った後、５μｓ経過した段階で、また、１台目のレーザー照射装置２１での照射が行われる。遅延時間の間に照射面の温度が低下して活性化の妨げにならないように、遅延時間の間は照射面の温度が５００℃を下回らないようにすることが好ましい。
【００４６】
また、ＩＧＢＴウェハの表面側は、実施例１で示した場合と同様に静電チェック２８での吸着するか、あるいは、ガイドでしっかりとウェハ（基板１）を吸着して水冷しながら照射するのがよい。このようにすることにより、ＩＧＢＴ表面側のアルミ電極（表面電極７）を溶かすこともなく、表面側には熱の影響が及ばないようになる。
【００４７】
前記の図１０に示すように、遅延時間が入ることにより実施例１よりもボロン層の濃度および、リン層（ＦＳ層）の濃度が若干下がるが、デバイス特性に影響を及ぼすことはない。また、実施例１のレーザーアニール条件により、深い層（イオン注入層９）のイオン注入ダメージによる結晶欠陥の回復も充分に行うことができる。また、照射エネルギー密度が低いために、最表面もボックスプロファイルになることはなく、また、レーザー照射による加工跡も発生しない。
【００４８】
また、今回の実施例１，２では、全固体レーザーとしては、ＹＡＧ２ω（波長５３２ｎｍ）レーザーで説明したが、ＹＬＦ２ω、ＹＶＯ４（２ω）、ＹＡＧ３ω、ＹＬＦ３ω、ＹＶＯ４（３ω）等のレーザーでもよい。全固体レーザーの代わりに、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ），ＫｒＦ，ＸｅＦ等のエキシマレーザーを用いてもよい。
【００４９】
また、イオン注入のドーパントとしては、Ｂ，Ｐ、以外にも拡散係数の大きなドーパント（Ｓ，Ｓｅ，Ｌｉ，Ｈ）を注入した場合でも本発明は有効である。
ここでは、デバイスとしては、裏面からの深い位置にＦＳ層を有するＦＳ型ＩＧＢＴで説明したが、当然、ＮＰＴ型ＩＧＢＴ、逆阻止ＩＧＢＴ、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の裏面ｎ層へ適用しても問題ないことが確認されている。
【符号の説明】
【００５０】
１    ＦＺ−Ｎ基板（単に基板とも称す）
２    ｐ型ベース層
３    ｎ型エミッタ層
４    ゲート酸化膜
５    ゲート電極
６    層間絶縁膜
７    表面電極（エミッタ電極）
８    裏面
９    イオン注入層（ＦＳ層１１となる）
１０    イオン注入層（ｐ型コレクタ層となる）
１１    ＦＳ層
１２    ｐ型エミッタ層
１３    裏面電極（コレクタ電極）
１４    レーザー光
２１〜２５  レーザー照射装置
２１ａ〜２５ａ  レーザー光パルス
２６    光学系ミラー
２８    静電チャック
２９    裏板
３０    水冷フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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